Blick hinter die Kulissen

Zu Gast beim Forschungrechner SuperMUC

von - 30.10.2017
SuperMUC
Foto: Stefan Bordel
Wenn Astrophysikern im Labor die Rechenpower ausgeht, springt der SuperMUC aus dem Leibniz Rechenzentrum mit knapp 250.000 Prozessorkernen und 6,8 PetaFLOPS ein.
Hardware für die Forschung: Im Leibniz Rechenzentrum (LRZ) in Garching bei München steht einer der stärksten Supercomputer Europas. Das System trägt den Namen SuperMUC und dient Wissenschaftlern zur Berechnung komplexer Vorgänge. Das Pensum der Anwendungen reicht dabei von der Strömungsmechanik für den Fahrzeug- oder Flugzeugbau bis hin zu Astrophysik, Hochenergiephysik oder digitalen Geisteswissenschaften.
Wer den Rechenraum im obersten Stockwerk des LRZ betritt, wird von einem lauten Summen begrüßt. Verantwortlich hierfür ist aber nicht der SuperMUC selbst – der arbeitet dank einer Warmwasserkühlung praktisch lautlos. Den Geräuschpegel verursacht vielmehr ein Verbund zahlloser Router und Netzwerksysteme. Diese sind für die Weiterleitung der errechneten Daten zuständig und werden konventionell luftgekühlt.

Kommunikative Chips

Maximal stellt der SuperMUC eine Rechenleistung von 6,8 PetaFLOPS bereit. Dabei arbeiten dann alle fast 250.000 Prozessorkerne des Supercomputers an ein und derselben Aufgabe. Denn im SuperMUC können alle Chips untereinander kommunizieren. Dies sei eine Besonderheit des Systems. „Viele Prozessoren zu haben, ist das eine. Aber die Rechenpower von allen zu vereinen, das ist das Besondere“, erklärt LRZ-Mitarbeiter Ludger Palm. 
SuperMUC
SuperMUC: Die Garchinger Anlage liefert maximal 6,8 PetaFLOPS an Rechenleistung.
(Quelle: Stefan Bordel)
Im Gegensatz zu konventionellen Rechenzentren, wie sie von Amazon, Google & Co. betrieben werden, verfügt das System am LRZ über eine ganz spezielle Architektur. „Sie haben bei einem Supercomputer einen Rechner, der nicht nur eine hohe Rechenleistung hat, sondern auch eine hohe Speicherkapazität und ein starkes, leistungsfähiges Netzwerk“, erklärt LRZ-Leiter Dieter Kranzlmüller. Zudem seien alle drei Komponenten in einem Supercomputer für das System optimiert. Und der gesamte Rechner wiederum sei optimiert für eine bestimmte Anwendungsklasse.
Bei der Entwicklung eines herkömmlichen Rechenzen­trums konzentriert man sich hingegen meist nur auf einen dieser Aspekte. Als Beispiel nennt Kranzlmüller etwa die Google-Suche. Für diesen Dienst benötigen die Kalifornier lediglich eine verteilte Datenbank, die möglichst schnell die gesuchten Ergebnisse liefert. Ein großes Netzwerk ist bei diesem Einsatzszenario nicht erforderlich, da nicht viele Daten übertragen werden. Im Gegensatz dazu braucht der SuperMUC sehr wohl ein leistungsstarkes Netzwerk, da während der Berechnung sehr viel kommuniziert wird, etwa bei Simulationen von Vulkan-Ausbrüchen oder dergleichen.
Die Hauptunterschiede zwischen dem SuperMUC und einem konventionellen Rechenzentrum betreffen demnach die Rechnerarchitektur. Hinzu kommt allerdings, dass das LRZ noch weitere Punkte mitberücksichtigen muss. Denn während Amazon, Google oder Microsoft ihre Anlagen recht flexibel an Flüssen und anderen günstigen Standorten aufbauen können, ist das LRZ auf den Münchner Norden beschränkt. Hier ist die Isar, die zur Kühlung und Energiegewinnung dienen könnte, zu weit entfernt. Um trotz der nicht ganz perfekten Umgebung möglichst energieeffizient rechnen zu können, setzt das LRZ beim SuperMUC auf eine innovative Warmwasserkühlung.
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